Термопары

Интересное явление применяется в области контрольно-измерительных приборов является эффект Зеебека, который является производство небольшое напряжение по всей длине провода из-за разницы температур по этому проводу. Этот эффект наиболее легко наблюдаемых и применяются стыке двух разнородных металлов в контакте, каждого металла с различным напряжением Зеебека по всей его длине, что приводит к напряжению между двумя (несвязанные) концы проволоки. Большинство любой пары из разнородных металлов будет производить измеряемое напряжение, когда их соединение нагревается, некоторые комбинации металлов производят больше напряжение на один градус температуры, чем другие:

Эффект Зеебека довольно линейный, то есть напряжения производства с подогревом стыке двух проводов прямо пропорционально температуре. Это означает, что температура перехода металлической проволоки может быть определено путем измерения напряжения производится. Таким образом, эффект Зеебека дает нам электрический метод измерения температуры.

Когда пара разнородных металлов, соединенных вместе для измерения температуры, устройство формируется называется термопарой. Термопары сделал для оснащения использования металлов высокой чистоты для точных температур / напряжений отношения (как линейных и так же предсказуемо, как это возможно).

Зеебека напряжения достаточно малы, в десятки милливольт для большинства диапазоне температур. Это делает их довольно трудно точно измерить. Кроме того, тот факт, что любой переход между разнородными металлами, будет производить зависит от температуры напряжение создает проблемы, когда мы пытаемся подключить термопары вольтметр, завершив цепь:

Второй железо / медь соединения образована связь между термопарой и метра на вершине провод будет производить зависит от температуры напряжение в отличие полярности напряжения, возникающего при измерении перехода. Это означает, что напряжение между медью вольтметр ведет будут зависеть от разницы температур между двумя переходами, а не температура, при измерении переход в одиночку. Даже для термопар типа, где медь не является одним из разнородных металлов, сочетание двух металлов вступления в меди приводит измерительного прибора образует соединение эквивалентно измерению соединения:

Это второе соединение называется ссылкой или холодного спая, чтобы отличить его от перехода на измерительном конца, и нет никакого способа, чтобы избежать необходимости каждый термопары цепи. В некоторых случаях, измерение разности температур между двумя точками не требуется, и это неотъемлемое свойство термопар могут быть использованы, чтобы сделать очень простую систему измерений.

Тем не менее, в большинстве случаев целью является измерение температуры в одной точке только, и в этих случаях второй узел становится ответственность функции.

Компенсация напряжения, генерируемого спая обычно выполняется с помощью специальной схемы предназначены для измерения температуры там и производят соответствующие напряжения противостоять эффект холодного спая в. На этом этапе вы можете задаться вопросом: «Если мы вынуждены прибегать к какой-либо другой форме измерения температуры только на преодоление идиосинкразии с термопары, то зачем с помощью термопар для измерения температуры на всех? Почему бы не использовать это другая форма измерения температуры, все, что может быть, чтобы сделать эту работу? " Ответ: потому что другие формы измерения температуры для компенсации спая не столь надежной и универсальной, как спай термопары, но делать эту работу измерения комнатной температуры в месте спая хорошо. Например, спай термопары измерения может быть вставлен в 1800 степени (F) дымоход печи литейного холдинга, в то время как спая сидит сто метров в металлическом корпусе при комнатной температуре, с его температура, измеренная с помощью устройства, которые могли бы никогда не выжить в тепло или агрессивных атмосфере печи.

Напряжение производства термопары переходы строго зависит от температуры. Любой ток в цепи термопары является функцией сопротивления цепи в оппозиции к этому напряжению (I = E / R). Другими словами, связь между температурой и напряжением Зеебека фиксирована, в то время как зависимость между температурой и ток переменный, в зависимости от полного сопротивления цепи. При достаточно тяжелым термопары проводников, токи свыше сотни усилителей могут быть получены от одной пары термопар узлов! (Я не видел этого в лабораторном эксперименте, используя тяжелые слитки меди и меди / никелевого сплава, образуя узлы и цепи проводников).

Для целей измерения, вольтметр используется в цепи термопары рассчитана на очень высокое сопротивление, чтобы избежать любых ошибок, вызывающих напряжение падает вдоль проволоки термопары. Проблема падения напряжения вдоль проводника длиной даже более серьезными, чем здесь с напряжением постоянного тока сигналы, описанные ранее, потому что здесь у нас есть только несколько милливольт напряжения производится на переходе. Мы просто не можем позволить себе иметь хотя бы один милливольт падения вдоль проводника длиной, не подвергаясь серьезным ошибкам измерения температуры.

В идеале, то ток в цепи термопары равен нулю. Рано термопары указывает инструменты используют нулевой баланс потенциометрического схема измерения напряжения для измерения напряжения перехода. В начале Лидс и Northrup "Speedomax" линия индикатора температуры / рекордеры являются хорошим примером этой технологии. Более современные инструменты использовать цепи полупроводникового усилителя, чтобы напряжение сигнала термопары для управления устройством с указанием практически не ток в цепи.

Термопары, однако, может быть построен из толстого провода с низким сопротивлением, и связано таким образом, чтобы генерировать очень большие токи для других целей, кроме измерения температуры. Одной из таких целей является выработка электроэнергии. При подключении многих термопар в ряд, чередуя горячие / холодные температуры с каждого перехода, устройство под названием термоэлемент может быть построена, чтобы произвести значительное количество напряжения и тока:

С левой и правой наборов узлов при той же температуре, напряжение на каждом переходе будет равен и противоположной полярности бы отменить, чтобы конечное напряжение равно нулю. Однако, если левый набор узлов нагревают и правильный набор охлаждения, напряжение на каждый левый узел будет больше, чем каждый правый переход, в результате чего общее напряжение равно сумме всех дифференциалов соединение пары. В термоэлемент, это точно, как все настроено. Источник тепла (сжигание, сильные радиоактивные вещества, солнечного тепла и т. д.) применяется для одного набора контактов, в то время как другой набор связан с радиатором какой-то (воздуха или водяным охлаждением). Интересно, как поток электронов через внешнюю цепь нагрузка, подключенная к термобатареи, тепловая энергия передается от горячих спаев на холодные контакты, демонстрируя другим термоэлектрические явления: так называемый эффект Пельтье (электрический ток передача тепловой энергии).

Еще одно приложение для термопар при измерении средней температуры от нескольких местах. Самый простой способ сделать это для подключения термопар несколько параллельно друг с другом. Милливольт сигнал, каждая термопара будет усреднить по параллельным точки перехода. Напряжение различия между падением переходы вдоль сопротивления термопары:

К сожалению, однако, точного усреднения этих Зеебека напряжение потенциалов зависит от каждого провода термопары сопротивления равны. Если термопары находятся в разных местах и их провода присоединить параллельно в одном месте, равные по длине провода вряд ли будут. Термопары с наибольшей длины провода от точки измерения параллельно точка подключения будет, как правило, оказывают наибольшее сопротивление, и, следовательно, имеют наименьшее влияние на среднее напряжение производства.

Чтобы компенсировать это, дополнительное сопротивление может быть добавлен к каждой из параллельных ветвей цепи термопары, чтобы сделать их более равного сопротивления. Без специально размеров резисторов для каждой отрасли (для сопротивления точно равны между всеми термопарами), она приемлема для просто установить резистор с одинаковыми значениями, значительно выше, чем сопротивление термопары так, чтобы эти провода сопротивления будет иметь гораздо меньшее влияние на полное сопротивление власти. Эти резисторы называют заболачивания сопротивления, потому что их относительно высокие значения затмевать или "болота" сопротивление термопары себя:

Поскольку термопары узлов производят такого низкого напряжения, крайне важно, чтобы проводной связи очень чистый и плотный для точной и надежной работы. Кроме того, расположение спая (место, где разнородных металлов провода термопары присоединиться к стандартной меди) должна быть близка к измерительным прибором, чтобы убедиться, что инструмент может точно компенсировать ссылкой температуры перехода. Несмотря на эти, казалось бы ограничительные требования, термопары остается одним из самых надежных и популярных методов промышленного измерения температуры в современном использовании.

• ОБЗОР:
• Эффект Зеебека производства напряжение между двумя разнородными, присоединился металлов, пропорциональна температуре, что переход.
• В любой цепи термопары, есть два равнозначных узлов образуются между разнородными металлами. Узел размещен на сайте предназначены измерение называется измерением перехода, в то время как другие (одно-или эквивалент) узел называется спая.
• Две термопары узлов могут быть подключены в оппозиции друг к другу, чтобы создать напряжение сигнала, пропорционального разности температур между двумя переходами. Коллекция узлов так связаны с целью выработки электроэнергии называется термоэлемент.
• Когда поток электронов через стыки термоэлемент, тепловая энергия передается от одних узлов к другим. Это явление известно как эффект Пельтье.
• Несколько термопары узлов могут быть подключены параллельно друг с другом, чтобы создать напряжение сигнала представляющих среднюю температуру между контактами. "Заболачивание" резисторы могут быть соединены последовательно друг с термопары, чтобы помочь сохранить равенство между контактами, так что результирующее напряжение будет более представительным истинной средней температуре.
• Крайне важно, чтобы ток в цепи термопары быть настолько низким, насколько это возможно для высокой точности измерения. Кроме того, все связанные с ним соединения проводов должны быть чистыми и плотно. Просто мВ падения в любом месте в цепи вызовет существенные ошибки измерения.